第1讲 细胞的增殖.docx

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第1讲细胞的增殖

　　　　　　　　　　第四单元　细胞的生命历程

最新考纲

一、细胞的增殖

1．细胞的生长和增殖的周期性Ⅰ

2．细胞的无丝分裂Ⅰ

3．细胞的有丝分裂Ⅱ

二、细胞的分化、衰老和凋亡

4．细胞的分化Ⅱ

5．细胞的全能性Ⅱ

6．细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系Ⅱ

7．癌细胞的主要特征及防治Ⅱ

三、实验

1．观察细胞的有丝分裂

2．模拟探究细胞表面积与体积的关系

考纲解读

1．限制细胞无限长大的原因及探究

2．细胞周期的界定及各时期特点的分析

3．细胞有丝分裂各时期染色体、DNA、染色单体、着丝点与细胞两极距离的变化及分析

4．无丝分裂的特点及实例

5．细胞分化的实质及其意义的理解

6．细胞全能性的原理及应用实例分析

7．细胞衰老与凋亡对生物体正常发育的意义

8．细胞癌变的原因及防治探究

9．细胞分裂、分化和畸形分化特征、原因和结果的理解

10．通过洋葱根尖有丝分裂装片的制作，观察植物细胞有丝分裂过程

第1讲　细胞的增殖

知识点一　模拟探究：

细胞大小与物质运输效率的关系（细胞不能无限长大）

1．实验原理

用含有酚酞的大小不同琼脂块模拟大小不同细胞，以NaOH溶液模拟被细胞吸收的物质。

探究细胞表面积与体积之比与①________的关系。

2．流程

制备琼脂块：

用塑料餐刀将琼脂块切成边长分别为②________________的正方体

浸泡：

将3块琼脂块放在烧杯内，加入质量分数为0.1%的NaOH溶液，将琼脂块淹没，浸泡③________min，用塑料勺不时翻动琼脂块

切割：

戴上手套，用塑料勺将琼脂块从NaOH溶液中取出来，用纸巾把溶液吸干，用塑料刀把琼脂块切成两半

测量、记录、计算：

观察切面，测量每一块上NaOH扩散的深度，记录测量结果，进行计算，并填表

3．模拟实验的结论

细胞体积越大，其④________越小，细胞物质运输的效率就越低。

细胞表面积与体积的关系限制了细胞的⑤________。

知识点二　细胞增殖的种类

想一想：

细胞周期外细胞有几种状态？

无丝分裂

减数分裂：

是与产生有性生殖细胞相关的一种细胞分裂方式

　议一议：

无丝分裂有何优越性？

判断正误

1．细胞表面积与体积的关系及细胞核占细胞体积的相对比值都是限制细胞长大的因素（　　）。

2．细胞都有细胞周期（　　）。

3．间期耗时大于分裂期（　　）。

4．动、植物细胞有丝分裂过程中染色体的形态、数目变化不同（　　）。

5．无丝分裂染色体不复制不均分（　　）。

连一连

速记口诀

前期：

膜仁消失显两体①

中期：

形定数晰赤道齐②

后期：

点裂数加均两极③

末期：

两消三现质分离④

（注意：

动物为“两消两现质分离”）

解读　①核膜、核仁消失，显现纺锤体和染色体。

②染色体的形态稳定，数目清晰，着丝点排列在赤道板上。

③着丝点分裂，染色体数目加倍，并平均移向两极。

④两消：

纺锤体消失，染色体变为染色质；三现：

核膜、核仁重新出现，细胞板出现；细胞质随着新细胞壁的形成而分开。

学习笔记：

自我校对：

①物质运输效率　②3cm、2cm、1cm　③10　④相对表面积　⑤长大　⑥完成DNA分子复制　⑦有关蛋白质合成　⑧染色体　⑨着丝点

着丝点　⑪姐妹染色单体　⑫染色质　⑬细胞壁　⑭遗传性状　⑮纺锤丝　⑯染色体

想一想：

三种状态：

①继续增殖细胞，如根尖的分生区细胞、皮肤的生发层细胞。

②暂不增殖细胞，如肝细胞受伤后可恢复增殖。

③永不增殖细胞，如神经细胞、肌细胞等。

议一议：

无丝分裂的分裂过程简单，耗能少，分裂迅速，分裂过程中细胞核保持正常的生理功能（有丝分裂的分裂期细胞核不能转录），具有一定的适应意义，它常见于一些特化、衰老的细胞。

判断正误：

1.√　2.×　3.√　4.×　5.×

连一连：

a－Ⅰ　b－Ⅲ　c－Ⅳ　d－Ⅴ　e－Ⅱ

细胞周期的概念与表示方法

1．细胞周期概念及时期划分

（1）概念：

连续分裂的细胞，从一次分裂完成时开始，到下一次分裂完成时为止，为一个细胞周期。

（2）细胞周期的时期划分：

细胞周期分为分裂间期和分裂期。

间期历时长，分裂期历时短。

间期在前，分裂期在后。

2．细胞周期的表示方法

（1）常规表示法（扇形图、直线图、曲线图）

（2）柱形图表示法

B组DNA含量在2n到4n之间，说明细胞正处于DNA复制时期；C组细胞中DNA已经加倍说明细胞处在分裂期。

3．影响细胞周期的因素

（1）内部因素：

不同种类的细胞，细胞周期持续的时间不同。

间期与分裂期所占比例也不同。

（2）外部因素：

主要有温度、pH、射线、生理和病理状况等，这些因素通过影响酶的活性影响细胞周期。

因为DNA复制、有关蛋白质合成、能量供给等生理过程都需要酶的参与。

★　本考点高考命题出现两种趋势：

一是浅层次判断哪些细胞处于或不处于细胞周期内，二是深入到应用层面分析各期动态变化或进行实验分析。

【典例1】►（2010·江苏卷）细胞周期包括分裂间期（分为G1期、S期和G2期）和分裂期（M期）。

下图标注了甲动物（体细胞染色体数为12）肠上皮细胞的细胞周期各阶段的时长及DNA含量。

请回答下列问题。

（1）若用含放射性同位素的胸苷（DNA复制的原料之一）短期培养甲动物肠上皮细胞后，处于S期的细胞都会被标记。

洗脱含放射性同位素的胸苷，换用无放射性的新鲜培养液培养，定期检测。

预计最快约________h后会检测到被标记的M期细胞。

（2）从被标记的M期细胞开始出现到其所占M期细胞总数的比例达到最大值时，所经历的时间为________期的时间，处于该期的一个细胞中染色体数目的变化情况是________。

（3）若向甲动物肠上皮细胞培养液中加入过量胸苷，处于S期的细胞立刻被抑制，而处于其他时期的细胞不受影响。

预计加入过量胸苷约________h后，细胞都将停留在S期。

（4）乙动物肠上皮细胞的细胞周期时长为24h，M期时长为1.9h。

若要在显微镜下观察细胞有丝分裂过程中染色体形态的变化，选用________（填“甲”或“乙”）动物肠上皮细胞更合适。

（5）在光学显微镜下观察，同处于分裂末期的动物肠上皮细胞与洋葱根尖细胞，形态上最主要的区别是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析　本题借助细胞周期的DNA含量变化曲线考查细胞周期及分裂期特点，同时考查学生的识图判断能力。

（1）根据题意S期细胞被标记，洗脱放射性的胸苷后，S期的细胞经G2期变化后变为M期细胞，故最短时间为G2时期，即2.2h。

（2）细胞间期细胞数目最多，因此从M期细胞开始出现，到其所占M期细胞总数比例最大值，即变为间期细胞，故经历的时间为分裂期的时间，即M期的时间。

因染色体只在分裂后期加倍，故分裂期染色体数目变化为12―→24―→12。

（3）加入过量胸苷后，只有处于S期的细胞被抑制；刚结束S期的细胞，再次经过G2、M、G1期后再次到达S期后受到抑制，经历时间为2.2＋1.8＋3.4＝7.4h。

其他各期细胞达到S期的时间均短于该时间，故加入胸苷后7.4h后细胞都停留在S期。

（4）从图可知，甲动物分裂期所占时间比例为

＝

＝11.2%；乙动物分裂期的比例是

＝0.08，观察染色体形态变化主要是观察分裂期的细胞，而分裂期细胞数目的增多与其所占细胞周期的时间的比例呈正相关，因此选甲动物作为观察材料。

（5）洋葱根尖细胞为高等植物细胞，与动物细胞相比，有细胞壁，因此分裂末期两者的主要区别是动物细胞的细胞质从中央向内凹陷，缢裂为两个；而植物细胞中央出现细胞板。

答案　

（1）2.2　

（2）M　12―→24―→12　（3）7.4　（4）甲

（5）动物肠上皮细胞膜凹陷，细胞缢裂；洋葱根尖细胞形成细胞板

【训练1】►（2012·南京一模）下表是实验测得的四种植物分生组织的细胞周期，下列叙述正确的是（　　）。

植物

细胞周期的时间/h

a时期

b时期

合计

植物1

10.6

0.4

11

植物2

18

0.5

18.5

植物3

16.5

2

18.5

植物4

10.4

2.3

12.7

A.四种分生组织都能产生吲哚乙酸，促进其细胞分裂

B．秋水仙素作用于b时期中的细胞，能使其染色体数目加倍

C．最好选用物种1观察有丝分裂过程，因其细胞周期最短

D．四种植物细胞周期的时间都是固定不变的

解析　吲哚乙酸（生长素）可以促进细胞伸长生长，但不促进细胞分裂；秋水仙素作用于有丝分裂的前期，抑制纺锤体形成，使细胞内染色体数目加倍；观察有丝分裂过程应选用分裂期占细胞周期比例最大的材料，应选择植物4；由于在细胞周期中有物质合成，酶的活性受温度等因素影响，所以细胞周期的时间不是固定不变的。

答案　B

知识拓展　只有能连续分裂的细胞才有细胞周期，减数分裂、无丝分裂均没有细胞周期，不分裂的细胞（如神经细胞）无细胞周期。

细胞周期的持续时间与细胞种类、营养物质的供应（如缺少氨基酸，则停留在间期）、调节物质和环境条件（如温度、pH）有关。

细胞有丝分裂过程中的规律性变化、曲线模型及动植物细胞有丝分裂异同点比较

1．细胞周期中几种细胞结构的变化

（1）染色体形态变化

染色质（间期、末期）

染色体（前期、中期、后期）

（2）纺锤体的变化：

形成（前期）―→解体消失（末期）。

（3）核仁、核膜的变化：

解体消失（前期）―→重建（末期）。

（4）中心体变化规律（动物细胞、低等植物细胞）

复制―→分开移向两级―→平均进入两个子细胞

（间期）　　　（前期）　　　　　（末期）

1～2个　　　2个　　　　　　1个

（5）染色体行为变化规律

2．数目变化规律（以二倍体生物为例）

间期

前期

中期

后期

末期

核DNA数（2n）

2n→4n

4n

4n

4n

4n→2n

染色单体数

0→4n

4n

4n

4n→0

0

染色体数（2n）

2n

2n

2n

2n→4n

2n

同源染色体对数

n

n

n

n→2n

n

染色体组数

2

2

2

2→4

2

3.DNA、染色体、染色单体、每条染色体上DNA含量变化曲线

（1）A→B、L→M、P→Q的变化原因都是DNA分子复制。

（2）G→H、N→O、R→S变化的原因都是着丝点分裂，姐妹染色单体分开，形成子染色体。

（3）C→D，R→S的变化很相似但时期不同。

（4）染色单体在细胞周期中的起点为0，终点也为0。

4．与细胞有丝分裂有关的细胞器及相应的生理作用（见下表）

细胞器

名称

细胞

类型

时期

生理作用

核糖体

动物、植物

整个时期，但是主要是间期

各种蛋白质（组成染色体的蛋白质和细胞内的蛋白质）的合成

中心体

动物、低等植物

前期

纺锤体的形成

高尔基体

植物

末期

细胞壁的形成

线粒体

动物、植物

整个时期

提供能量

提醒　

（1）观察染色体最好的时期是中期。

（2）染色单体形成于间期，出现于前期，消失于后期。

（3）有丝分裂全过程各个时期始终有同源染色体存在，但不配对也不分开。

（4）赤道板与细胞板的区别：

赤道板不是细胞结构，是一假想平面，在光学显微镜下看不到；细胞板是一真实结构，光学显微镜下能看到，出现在植物细胞有丝分裂的末期。

5．动植物细胞有丝分裂异同点比较（见下表）

比较

类别

不同点

相同点

有丝分裂过程

是否有中心体复制

前期：

纺锤体形成机制不同

末期：

细胞质分裂方式不同

分裂期

间期

高等

植物

细胞

无

两极

↓

纺锤丝

↓

纺锤体

细胞板

（高尔基体有关）

↓

细胞壁

↓

分割细胞（质）

染色体完成复制

染色体

平均分

配到两

个子细

胞中

动物

细胞

有

两组中心粒

（复制于间期）

↓

星射线

↓

纺锤体

细胞膜

↓

中央内陷

↓

缢裂细胞（质）

染色体完成复制

染色体

平均分

配到两

个子细

胞中

提醒　动植物细胞有丝分裂的区别要注意特例：

（1）细胞分裂的过程中出现中心体的不一定是动物细胞，低等植物细胞有丝分裂的分裂期，纺锤体的形成也与中心体有关；

（2）细胞分裂的过程中不出现中心体的不一定是植物细胞，也有可能是进行无丝分裂或者二分裂的细胞；（3）区分动、植物有丝分裂最可靠的方法——子细胞形成方式、细胞板结构，纺锤丝、星射线、中心体都不可靠。

★　本考点高考命题多采用分裂过程中染色体（DNA）的曲线分析或动、植物细胞分裂图像分析的形式进行命制，多为选择题。

【典例2】►（2011·天津卷）玉米花药培养的单倍体幼苗，经秋水仙素处理后形成二倍体植株。

右图是该过程中某时段细胞核DNA含量变化示意图。

下列叙述错误的是（　　）。

A．A～B过程中细胞不会发生基因重组

B．C～D过程中细胞内发生了染色体数加倍

C．E点后细胞内各染色体组的基因组成相同

D．F～G过程中同源染色体分离，染色体数减半

解析　由题图DNA的变化特征可推出A～B为有丝分裂过程，该过程中不会发生基因重组，基因重组发生在减数分裂过程中，A正确。

C～D为有丝分裂的分裂期，且之前已经用秋水仙素处理，在分裂的后期染色体数加倍，B正确。

玉米是二倍体，其单倍体中无等位基因和相同基因；复制形成的基因和原来基因完全一样，E点后的细胞为纯合体，各染色体组的基因组成完全相同，C正确。

F～G为有丝分裂末期，不存在同源染色体分离，D错误。

答案　D

——有丝分裂图像、曲线的识别技巧

（1）动、植物细胞的识别

①细胞呈方形、有细胞板

②细胞圆形、细胞膜缢裂、有中心体→动物细胞

（2）分裂时期或曲线的判定

要根据所画图像中染色体的形态、行为变化或曲线中染色体（或DNA）的数量变化进行判定。

（3）做染色体、DNA有关曲线题时，需注意如下几方面的特点：

①加倍的时期：

DNA分子在间期加倍，染色体加倍在后期；

②前、中期DNA分子数是染色体数目的两倍，后期和末期DNA与染色体数相等。

【训练2】►（改编题）下图一所示为某种生物体内细胞有丝分裂中的几个时期，图二是分裂各阶段细胞的核DNA和细胞质中信使RNA含量的变化曲线。

试回答下列问题。

（1）这种生物是动物还是植物？

________，写出一条判断的理由：

________________________________________________________________________。

（2）将图一按照细胞分裂的正确顺序排列：

________。

图中一定没有染色单体的细胞是________。

（3）根据诱变育种原理，诱变剂发挥作用的时期是图二的________阶段（填图中字母）。

（4）如果将此生物的细胞培养在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸的培养液中，则当细胞分裂至图一中A所示时期时，细胞中含放射性的DNA占总DNA的________%（不考虑细胞质中的DNA）。

（5）图二曲线表明，细胞分裂过程中核糖体功能最活跃的两个时期是________（填图中字母）。

de段细胞质中mRNA明显减少，最可能的原因是_______________________________。

解析　本题综合考查细胞有丝分裂的知识。

（1）由于图一细胞无细胞壁，且细胞分裂时未形成细胞板，而是通过缢裂产生子细胞，所以为动物细胞。

（2）图一中A为有丝分裂中期，B为间期，C为末期，D为后期，所以细胞分裂的顺序为BADC。

（3）细胞中的基因突变往往发生在细胞分裂间期的DNA复制过程中，图二中表示DNA复制的时期是b阶段。

（4）图一中A时期为有丝分裂中期，每个核DNA分子都有一条链上含有3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸。

（5）图二中在细胞分裂间期的a、c时期mRNA都大量增加，说明这两个时段核糖体功能最活跃。

图二中de段细胞质中的mRNA明显减少，最可能的原因有二：

一是分裂期染色体高度螺旋化，不能解旋并转录形成mRNA；二是原来的mRNA不断被分解。

答案　

（1）动物　没有细胞壁（细胞分裂时未形成细胞板，而是缢裂）　

（2）BADC　CD　（3）b　（4）100　（5）a、c　分裂期染色体高度螺旋化，不能解旋并转录形成mRNA，且原来的mRNA不断被分解

观察植物细胞的有丝分裂

一、实验原理

1．植物的分生组织细胞有丝分裂较为旺盛。

2．有丝分裂各个时期细胞内染色体行为变化不同，根据各个时期内染色体的变化情况，识别该细胞处于有丝分裂的哪个时期。

3．细胞核内的染色体（质）易被碱性染料着色。

二、实验流程

1．洋葱根尖的培养：

实验前3～4d，将洋葱放在装满水的广口瓶上，底部接触水，把装置放在温暖的地方，经常换水，以防烂根，待根长到5cm时，取生长健壮的根尖制成临时装片观察。

2．装片的制作

3．观察：

使用低倍镜找到根尖分生区的细胞，然后换成高倍镜，观察分生区的各个细胞，并找到有丝分裂各个时期的细胞。

4．绘图。

三、实验注意事项

1．取材时，剪取根尖应为2～3mm，过长会包括伸长区，无细胞分裂；

2．解离时间不宜过长，否则根尖细胞的结构会遭到破坏；

3．漂洗是为洗去细胞内部的盐酸，因此要保证足够的时间，否则会影响对染色体（质）的染色；

4．压片时要掌握好力度，过轻，细胞分散不开；过重，会压坏玻片。

★★　本考点是高考常考的知识点，考查的内容侧重于实验材料和试剂等的选择、实验过程中的方法步骤及其目的、实验结果的分析等；考查的方法多是在教材实验的基础上进行迁移拓展，看起来是“高起点”，但做起来是“低落点”，万变不离教材，要求考生在平常的复习中，要紧扣教材，夯实基础，并能做到知识的融汇贯通。

【典例】►（江苏高考题改编）在完成了观察洋葱根尖分生区细胞有丝分裂实验后，教师给学生提供了2份资料。

资料一　一份“实验报告”的部分内容

（一）解离：

剪取洋葱根尖5cm，放入盛有质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精混合液（体积比为1∶1）的玻璃皿中，在室温下解离3～5min。

（二）染色：

把根尖放在盛有质量浓度为0.01g/mL龙胆紫溶液的玻璃皿中染色3～5min。

（三）漂洗：

将根尖放入盛有清水的玻璃皿中漂洗约10min。

（四）制片：

将根尖放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子把根尖弄碎，盖上载玻片，用拇指轻轻按压载玻片……

资料二　全班20个实验小组的实验数据汇总表（注：

各小组计数50个细胞，实验条件与观察计数方法相同）

细胞周期

间期

分裂期

前期

中期

后期和末期

实验小组1计数细胞个数

43

4

1

2

实验小组2计数细胞个数

44

3

0

3

……

……

……

……

……

全班计数细胞个数

880

67

18

35

计数细胞总数

1000

各时期细胞数的百分比

88.0

6.7

1.8

3.5

（1）请改正“资料一”中的3处错误：

________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）若已知洋葱根尖分生区细胞的细胞周期为12.0h，请根据“资料二”，用饼状图表示出间期、前期、中期以及后期和末期所占的时间（单位：

h，精确到小数点后一位）。

（3）有些因素会影响细胞周期各时期的长短，实验过程中也会产生一些误差。

下列对整个实验结果可能产生影响的有________。

①取材时间　②根尖培养温度　③解离时间长短　④载玻片厚度　⑤计数的细胞是否属于分生区细胞　⑥细胞周期各时期区分是否准确

解析　该题综合考查观察根尖分生组织细胞的有丝分裂实验。

第

（1）小题考查装片制作的过程，制作流程为解离―→漂洗―→染色―→制片。

正确的操作为：

①解离：

剪取洋葱根尖2～3mm，立即放入盛有质量分数为15%的盐酸和体积分数为95%的酒精混合液（1∶1）的玻璃皿中，在室温下解离3～5min。

②漂洗：

用镊子取出根尖，放入盛有清水的玻璃皿中漂洗约10min。

③染色：

把根尖放进盛有质量浓度为0.01g/mL的龙胆紫溶液的玻璃皿中染色3～5min。

④制片：

用镊子将根尖取出，放在载玻片上，加一滴清水，并用镊子尖把根尖弄碎，盖上盖玻片，在盖玻片上再加一片载玻片。

然后，用拇指轻轻地按压载玻片。

第

（2）小题考查细胞周期不同时期的时间长短的计算。

以间期为例，细胞的总数为1000个，其中间期880个，一个细胞周期12h，间期所占的时间为12h×

＝10.6h。

同理可求出前期、中期、后期和末期所占时间。

第（3）小题考查影响细胞周期各时期长短的原因。

洋葱根尖的分生区部位分裂旺盛，便于观察细胞有丝分裂的各时期，其他部位不分裂或分裂弱不便观察。

上午10时至下午2时，洋葱根尖分生区细胞处于分裂期的较多。

温度会影响细胞分裂中酶的活性进而影响分裂的进行。

解离时间短，细胞重叠在一起，影响计数。

各时期区分得是否准确，也是产生误差原因之一，而载玻片的厚度并不影响计数。

答案　

（1）将“5cm”改成“2～3mm”；实验操作步骤应改为先漂洗后染色；将“盖上载玻片”改成“盖上盖玻片后，再加一片载玻片”　

（2）见下图

（3）①②③⑤⑥

【训练1】►（原创题）用显微镜观察洋葱根尖细胞的有丝分裂实验中，某同学观察到一个处于分裂中期的细胞，在该细胞中会观察到的结构包括（　　）。

①细胞壁　②染色体　③四分体　④中心体　⑤细胞核　⑥赤道板

A．①②③⑤B．①②C．①③④⑥D．①⑤⑥

解析　处于有丝分裂中期的细胞的细胞核消失，能观察到细胞壁和染色体；高等植物细胞没有中心体；四分体是在进行减数分裂的细胞中出现的；细胞中的赤道板是一个假想的平面，不是一个真实的结构。

答案　B

【训练2】►在“观察植物细胞有丝分裂”实验中，1～3组同学在剪取洋葱根尖后立即进行的操作步骤如下表，请据表回答下面的问题。

组别

操作步骤

解离

漂洗

染色

制片

观察

1

－

＋

＋

＋

＋

2

＋

－

＋

＋

＋

3

＋

＋

－

＋

＋

注　“＋”表示已操作，“－”表示未进行该操作。

1～3组同学观察到的实验结果分别是________。

A．染色体未染上颜色，无法看清

B．细胞重叠，看不到染色体

C．染色体染上颜色，清晰可见

D．染色体着色很浅，模糊不清

解析　第1组同学制作装片时未解离，细胞重叠，影响观察。

第2组同学未漂洗，解离过度，染色后细胞内着色范围广，染